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前言：

引言

粗車是一種對毛坯進行簡單加工或初級加工的工藝過程，其主要目的是切除毛坯余量，加工效率是其關注的重點，因此，在粗加工時_般都設定盡可能大的進給量和切削深度，以便在盡可能短的時間內切除盡可能多的切屑，對于普通加工中心而言，粗車主要由操作者依據作業工藝,憑經驗完成作業任務。但是，對于數控加工中心而言，其加工過程及工藝參數是按照程序設定值進行工作的。一旦程序編制完成，數控加工中心在切削作業中就按照設定好的工藝參數以恒定的進給速度進行切削。在程序編制的過程中，因為要避免切削過載對刀具、工件和加工中心產生破壞，須按照負荷上限區間的工況選擇加工參數。但是，在整個切削作業中，切削量處于切削深度上限這種工況一般只占整個工序的5% ^{^[1]}^{^[2]}^*左右，而進給速度卻_直按照程序設定值進行工作，這就極大的降低了加工效率¹。在作業較多、加工批量較大的情況下，加工效率低的問題就顯得尤為突出。

為了解決此類問題，國內外的眾多學者和企業進行了廣泛的研究。劉衛^u以最大主功率為主要約束條件，按照用戶設定的優化參數自動調整不同加工段的進給速度來保持恒定最大主功率狀態，從而使單位時間內的材料切除量最大，任斐等¹³¹建立了一種切削力預測模型，該模型可以有助于提高加工效率。陳曉兵等¹¹¹針對采用恒定進給速度加工效率不高問題，研究了基于分段刀軌加減速過渡的進給速度優化方法。王虎奇等^s針對五軸加工中因刀具的進給速度選擇不當會影響加工表面質量等問題，提出一種修正的調速方法。胡命華h針對五軸側銑加工過程，提出一種進給速度優化方法。Elwm等提出了一種基于離線切削

力分析的面向5軸復雜自由曲面加工中進給速度優化方法。Firman @等提出一種基于在線過程的數控加工中心進給調速方法。同時，國外一些知名企業也研發了一些數控系統加工優化控制器，可以實現結合實際工況進行進給速度控制,但是其核心算法是保密的。

通過對上述研究的分析可知,對進給系統進行調速適宜結合預測控制方法，其核心問題是對切削進給力進行分析和控制。作者們在對加工中心的能量平衡方程及能耗特性的研究中發現，能耗可以迅速響應負載變化，進給系統的能量輸入與進給力存在二次函數關系。鑒于此，作者們提出一種基于功率預測的數控加工中心粗車過程中進給系統速度控制模型，來實現進給系統的調速控制。該方法的核心思想是實時采集粗車過程的功率值,并對下一時刻的功率進行預測;然后把功率的預測值輸入調速控制模型，預測切削工況即背吃刀量的值;進而根據功率預設值和所預測的背吃刀量，實現對進給速度的控制，以適應不同切削工況，提高切削效率。

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3總結與后續工作展望

改變數控加工中心粗車過程中以恒定的進給速度進行切削的加工方式，使之根據實際的切削工況，實時地優化進給速度,是提高加工效率的有效手段。同時，通過對進給速度進行優化還可以有效降低加工成本，提高加工中心利用率。鑒于此，本文提出一種基于功率預測的數控加工中心粗車過程中進給系統速度控制模型。該模型可以基于對粗車過程中功率信息的有效預測，實現對切削工況即背吃刀量的預測，進而根據功率預設值和所預測的背吃刀量，進行調速，不僅可以實現進給速度控制,又有效解決了調速滯后問題，提高了切削效率。試驗測試和仿真分析的結果驗證了調速控制模型的可行性。由于未能獲取試驗加工中心控制系統的接口和權限，因此對調速部分只做了靜態仿真，該調速控制模型的效率如何,以及控制參數的整定和優化，還有待于在加工中心上進行進一步的試驗測試。

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功率預測的數控加工中心粗車過程中進給系統調速模型

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